CN108441901A - 一种无氰有机溶剂的电镀金溶液 - Google Patents

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Abstract

一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其包括非水溶剂、金源、还原剂和络合剂，非水溶剂为二甲基亚砜、乙二醇和二甲基甲酰胺的至少一种；金源为氯金酸；还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、草酸和硫脲的至少一种；所述络合剂为羟基乙叉二膦酸，乙二胺，二乙醇胺，三乙醇胺，甲酰胺，乙酰胺，5,5‑二甲基乙内酰脲，1,3‑二氯‑5,5‑二甲基乙内酰脲，1,3‑二溴‑5,5‑二甲基乙内酰脲，氯化铵，碳酸铵，柠檬酸铵，乙二胺四乙酸，四羟基乙二胺的至少一种。本发明的镀金溶液配方简单，电镀金薄膜效果好，易于维护且稳定性好；阴极电流密度为5mA/cm2～20mA/cm2时效率高，溶液中未使用含氰物质，安全性好，废液处理方便；络合剂的使用将常见金属杂离子形成稳定的络合物，制备的金镀层纯度高。

Description

一种无氰有机溶剂的电镀金溶液
技术领域
本发明涉及无氰系镀金溶液，尤其是涉及到一种无氰有机溶剂的高速电镀金溶液。
背景技术
目前，商业化的电镀金工艺仍是剧毒的氰化物体系，较为成熟的无氰电镀金工艺均采用一价金盐，如亚硫酸金钠，在水溶液中三价金比一价金更稳定，一价金的络合物在水溶液中缓慢发生歧化反应，生成三价金和单质金，导致镀液稳定性差，这是目前限制无氰一价金盐电镀推广的主要因素。近年来的研究发现某些有机溶剂及离子液体中，一价金与三价金的电化学势均发生较大改变，一价金盐在其中的稳定性大幅提高，因此出现了一些非水体系的无氰一价金盐电镀工艺，如三苯基磷氯化金/DMSO体系。但是，有机溶剂电镀金仍存在诸多问题，以致无法推广应用，首先有机溶剂电导率低，镀液传质速率过低，金层沉积速度太慢；其次可用金盐及溶剂十分有限，与水溶液相比溶解度均很低，故大多数相关研究仍以氰化物为络合剂；最后有机溶剂中的大多数金盐对水的耐受度低，水含量过高会出现金盐在电极上异常析出等问题。近年来虽然离子液体电镀的相关研究较多，但离子液体电镀金工艺成熟度仍不及有机溶剂电镀金，离子液体虽然电导率高，但粘度大，对水敏感，镀层生长可控性差，镀层表面质量较差，残余应力大，成本很高，目前仍缺少比较成熟的离子液体电镀金工艺。为此，本发明开发了一种全新的无氰系金盐高速电镀金溶液，克服现有有机溶剂镀金工艺的主要缺点，且该金盐有机溶剂中的浓度最高可达0.3mol/L以上，镀层沉积速度最大可达70微米/小时以上，有望替代现有水溶液一价电镀金溶液。
发明内容
本发明提出了一种全新的无氰有机溶剂的电镀金溶液，该溶液克服了原有镀金液的缺点，解决了电镀的金质量低、均一性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下方式来实现：
一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
所述非水溶剂为二甲基亚砜、乙二醇和二甲基甲酰胺的一种或多种；
所述金源为氯金酸；
所述还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、草酸和硫脲的一种或多种；
所述络合剂为羟基乙叉二膦酸，乙二胺，二乙醇胺，三乙醇胺，甲酰胺，乙酰胺，5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲，氯化铵，碳酸铵，柠檬酸铵，乙二胺四乙酸，四羟基乙二胺的一种或多种。
为了使得三价金源全部转化为一价，本发明加入的还原剂与金源的质量比大于3:1。
电流密度范围受到温度的影响，温度越高，允许使用的电流密度越大,所述电镀金溶液中温度范围为40℃～60℃，阴极电流密度为5mA/cm2～20mA/cm2。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明的镀金溶液不添加光亮剂、导电盐等，配方简单，电镀的金薄膜效果好，易于维护且稳定性好；阴极电流密度为5mA/cm2～20mA/cm2时阴极效率高达100％，镀金溶液中未使用含氰物质，安全性好，废液处理方便；络合剂的使用能够将常见金属杂离子形成稳定的络合物，具有杂质掩蔽作用，制备的金镀层纯度高；同时对水有很强的耐受性，即是水含量达到50g/L仍不影响阴极和阳极的电流效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
使用以下的无氰有机溶剂的电镀金溶液进行电镀，阴极镀件为镀镍铜板，阳极为纯度99.99％金片。
实施例一：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离为5cm，溶液温度和电流密度分别控制在65℃和15mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约57微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
实施例二：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离约5cm，溶液温度和电流密度分别控制在55℃和10mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约38微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
实施例三：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离约5cm，溶液温度和电流密度分别控制在50℃和5mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约19微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
实施例四：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离约5cm，溶液温度和电流密度分别控制在60℃和12mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约45微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
实施例五：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离约5cm，溶液温度和电流密度分别控制在65℃和20mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约76微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
实施例六：一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其组成如下：
依照以上组成配制镀金溶液，加入镀槽并控制阴、阳极之间距离约5cm，溶液温度和电流密度分别控制在55℃和8mA/cm2，持续均匀搅拌溶液。电镀持续1小时，镀层致密，色泽光亮，厚度约30微米，此时镀液无色澄清，镀槽中无沉淀物出现。
本发明所述还原剂是将溶剂中的三价金源还原为一价金的化合物，为使三价金全部还原为一价，加入还原剂与金源的重量比应大于3:1。实验发现所选溶剂中只加入金源和还原剂的情况下，无论还原剂过量多少，均不会使金还原为单质，过量加入还原剂也不会降低镀液的稳定性。在镀金溶液中，金价由+1价完全还原为0价，采用电化学工作站进行的极化曲线分析及库仑法计算结果均证明无歧化反应发生。
本发明必须添加络合剂才能达到本发明的效果，在仅仅加入还原剂而未加入络合剂时，溶液颜色与仅加入金源时基本相同，为橘黄色，进行电镀无法获得光亮镀层，加入络合剂后溶液颜色迅速消失，即由橘黄色变为无色透明，进行电镀可获得光亮镀层。同时络合剂与一价金络合后在所选溶剂中有极高的溶解度，其形成的络合物的稳定常数适中，金易于在阴极快速解离而还原。使用本发明的镀金液，在镀液温度为60℃时，使用20mA/cm2的电流密度仍可获得光亮镀层，且此时电流效率仍接近100％。
以上所述仅是本发明的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进，这些改进也列入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其特征在于：组成如下：
非水溶剂
金源 0.1mol/L～0.3mol/L
还原剂 60g/L～120g/L
络合剂 50g/L～100g/L
所述非水溶剂为二甲基亚砜、乙二醇和二甲基甲酰胺的一种或多种；
所述金源为氯金酸；
所述还原剂为硼氢化钠、抗坏血酸、草酸和硫脲的一种或多种；
所述络合剂为羟基乙叉二膦酸，乙二胺，二乙醇胺，三乙醇胺，甲酰胺，乙酰胺，5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二氯-5,5-二甲基乙内酰脲，1,3-二溴-5,5-二甲基乙内酰脲，氯化铵，碳酸铵，柠檬酸铵，乙二胺四乙酸，四羟基乙二胺的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其特征在于：所述电镀金溶液中温度范围为40℃～60℃，阴极电流密度为5mA/cm2～20mA/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种无氰有机溶剂的电镀金溶液，其特征在于：所述还原剂与金源的质量比大于3:1。
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